Tirage de fibre

Principe

Afin d’obtenir le diamètre nécessaire à l’exploitation de la fibre pour une activité de couplage avec les nanocristaux, il faut procéder à la réduction de son diamètre . Pour ce faire, nous positionnons une fibre Thorlabs SM800-5.8-125 (diamètre du cœur : 5,8µm, diamètre de la gaine de silice : 125µm), monomode, sur un support dont chaque coté est fixé sur une platine indépendante déplacée à une vitesse de 300µm/s par un moteur de précision. Un logiciel de contrôle permet d’actionner et de controler les déplacements des platines, et ainsi de contrôler la tension linéaire sur la fibre au fur et à mesure du processus. Parallèlement, celle-ci est chauffée au milieu par une flammme d’Oxygène-Hydrogène dont le débit est connu et constant[?]. Dans notre cas, nous le choisissons à 272 mL/min. Ce gaz permet de limiter le dépôt de particules brûlées.

Une fois le processus terminé, nous fixons la fibre sur son support définitif, le “porte-échantillon”, et le positionnons sur la platine piezomètrique.

Figure 2.10 – Vue de l’expérience de tirage.

Protocole

Dans un premier temps, nous dénudons en deux endroits sur quelques centimètres la fibre de sa gaine protectrice d’acrylate pour ne laisser que le cœur et sa gaine de silice : au bout, avant les connecteurs, et au milieu, dans la zone à étirer. Nous procédons à un nettoyage soigneux de ces zones à l’isopropanol pour éliminer au maximum les impuretés. On met les connecteurs et on les relie directement à une photodiode. Un laser à 650 nm est couplé à lla fibre à l’autre bout, de cette manière nous surveillons la transmission ; elle devrait idéalement rester aux alentours

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de 100 %. Dans les faits, une fibre étirée dont la transmission à perdu moins de 20 % de sa valeur initiale est un bon résultat.

Nous rêglons les différents paramètres de l’étirage à travers un programme Matlab rédigé par le groupe Mémoire Quantique, qui ont développé la méthode de tirage au laboratoire : durée, distance de la flamme à la fibre, intervalle de temps avant le départ des platines. Après de nombreux essais, la distance retenue entre la buse de la flamme et la fibre est de 5 mm, un intervalle avant départ des platines de 20 s et une durée de 315 s. Afin de surveiller au mieux le déroulement de l’étirage, et de savoir à quel moment interrompre le processus, il faut aussi surveiller le diamètre dans la zone étirée de la fibre. On peut déceler grace au programme la présence d’un ou plusieurs modes optiques présents dans cette zone. C’est un bon outil de diagnostic du diamètre maximum, qu’on peut déduire des relations 2.1 et 2.2. Si la fibre est multimode, on observe des battements, qui n’apparaissent plus une fois redevenue monomode.

Le diamètre de la fibre est ainsi amené à environ 500 nm. Une fois la flamme éteinte, on tend la fibre en déplaçant par des pas de 0,02µm les platines via l’interface XPS de Newport. En moyenne nous effectuons un déplacement de 0,20µm. Cette tension doit limiter les mouvements de la partie étirée de la fibre.

Lorsque les conditions sont remplies, nous pouvons stopper le processus, couper la flamme et reculer la buse de la flamme afin d’approcher le porte-échantillon. Comme nous avons sélectionné les cales à glisser en dessous, celui-ci glisse juste en dessous de la fibre sans l’effleurer. Après de multiples tentatives infructueuses en utilisant desclamps, fermoirs aimantés doublés de plastique tendre, qui se sont malgré tout avérés trop violents lors de leur fermeture, nous avons optés pour une colle polymèrisable aux UVs (Norland Optical Adhesive 61). Celle-ci présente l’avantage de se répendre en douceur autour de la fibre et de la préserver ainsi de la rupture qui a lieu lorsqu’on essaye de la capturer avec desclamps. On la polymérise grâce à un pistolet à UV.

Une fois fait, on peut libérer la fibre de son montage de tirage, et la placer délicatement dans la boite doublée de mousse qui servira à son transport sans encombre jusqu’en salle de manipulation ou de chimie, situées toutes deux un étage plus haut.

Ce protocole relativement aisé à prendre en main présente cependant l’inconvénient d’avoir une répétabilité restreinte. Un grand nombre de facteurs (tels que la tension appliquée manuelle-ment lors du positionnemanuelle-ment, la qualité du nettoyage) entrent en ligne de compte pour faire de cette opération un succès. Chaque fibre est en quelque sorte unique, c’est pourquoi nous les référençons une fois en salle de manipulation. Il semble cependant que la tension linéaire ap-pliquée manuellement lors du positionnement au début du processus doit être maximale pour que le résultat soit satisfaisant.

Interface de contrôle du processus de tirage

Le logiciel qui contrôle le tirage a été réalisé au laboratoire. Les positions initiales des platines, leurs vitesses de déplacement, la durée du processus sont calculés en fonction du profil désiré de la zone étirée. En étirant lentement (320 secondes en moyenne) et sur une zone importante on obtient une zone de couplage, donc une zone suffisamment fine, plutôt longue, typiquement de l’ordre du centimètre.

Dans la fenêtre on visualise trois mesures :

En 1, la représentation temps-fréquence du signal de transmission obtenu par la méthode STFT (Short Time Fourier Transformer). Cette méthode consiste échantillonner en temps le signal de transmission et d’en faire la transformée de Fourier. Notre mode de départ possède sa fréquence dans le vide. Dans la fibre, chaque mode à sa longueur d’onde propre, qui est fonction d’un indice effectif et qui varie en fonction du diamètre du cœur. Ainsi, lorsque la fibre est multimode, ces modes interagissent entre eux. Ce sont les interférences, constructives ou destructives, que l’on enregistre. Cela nous renseigne sur la nature de la fibre : Lorsque la courbe est minimale, c’est qu’il n’y a pas d’interférence, cela signifie que la fibre est monomode. Une augmentation du signal traduit des interactions entre modes, c’est que notre fibre est devenue multimode. On voit bien ici qu’elle est monomode au départ, qu’elle passe par une période multimode pour redevenir monomode. Cela peut se comprendre avec les équations2.1et2.2. Au début la lumière est bien guidée dans le cœur. Le diamètre du cœur rétrécissant, il devient trop

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Figure 2.11 – Capture d’écran de l’interface de contrôle du processus de tirage.

fin pour conduire la lumière et la lumière se trouve alors guidée dans le cladding. La réflection totale se fait alors à l’interfacecladding-air. À ce moment la lumière dispose d’un guide d’onde au diamètre plus large : elle est multimode. Puis, en continuant le tirage, même lecladding devient suffisamment fin pour devenir un guide d’onde monomode. Ce phénomène est illustré par la figure2.12.

En 2, la transmission sur la totalité du protocole : La fibre ici produite conserve une assez bonne transmission ( 88,8 % ) et est donc utilisable. Parfois cette valeur chute, et une fibre ayant une trop mauvaise transmission n’est pas utilisée pour expérimenter.

En 3, la transmission en temps réel : Cette valeur sert avant de lancer le processus, pour savoir si la connectorisation à bien été effectuée, et également à la fin, pendant le collage, pour vérifier qu’elle n’ait pas cédé.

Puis, plus bas, on rentre la durée totale du protocole (4), qu’on choisit grande quitte à l’interrompre en temps voulu ; la hauteur de la buse(5), qui est référencée par rapport à la table optique ; et le laps de temps avant le démarrage du mouvement des platines (6), qu’on laisse généralement à 22 secondes. On trouvera plus de précision sur le matériel utilisé et la théorie du processus dans [?].

2.5. Activités et Expériences 17

Figure 2.12 – Évolution du diamètre au fur et à mesure de l’avancée du tirage et du caractère monomode/multimode de la fibre.